DE2156149B2 - Gegentakt-Verstärkerschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gegentakt-Verstärkerschaltung mit mindestens zwei in Kaskade verbünde-

nen Verstarkerstufen, die jeweils zwei Transistoren Die erfmdungsgemäße Gegentakt-Verstärkerschalaufweisen, bei denen sowohl die Emitter als aucb tung verhindert die Übersteuerung der Transistoren die KoUektoren über in Reihe geschaltete Widerstände nicht dadurch, daß Engangssienale großer Amplitumiteinander verbunden sind, wobei den Verbindungs- den abgeschwächt oder gesperrt werden, sondern dapunkten der Widerstände die Speisespannung über je 5 durch, daß der Arbeitspunkt der Verstärkerstufen einen weiteren Widerstand zugeführt wird, insbeson- kontinuierlich verschoben und der Größe der Eindere als Vertikalablenkschaltung für Bretbandoszillo- gangssignale so angepaßt wird, daß diese keine Übergraphen. steuerung der Verstärkerschaltung hervorruf en. Durch

Bei mehrstufigen Gegentakt-Verstärkerschaltungen diesen »schwimmenden« Arbeitspunkt wird erreicht, tritt insbesondere bei in der Amplitude stark unter- ^l< > daß unabhängig von der Größe der Eingangssignale schiedlichen Einganssnaln !häufig das Problem stets der gesamte lineare. Aussteueibereich des Verauf, daß die Transistoren der Endstufe oder auch stärkers ausgenutzt wird, ohne daß bei einem Anbereits einer früheren Stufe in die Sättigung ausge- wachsen der Eingangssignale die Verstärkerschaltung steuert werden, so daß die vierstärkten Eingangs- in die Sättigung kommt. Die erfindungsgemäße Versignale verzerrt wiedergegeben werden. Eine solche 15 Schiebung des Arbeitspunktes hat dabei zur Folge, Verzerrung ist insbesondere btd der Vertikalablen- daß die Verstärkerschaltung sich ohne Totzeit oder kung bei Breitbandoszillographen nachteilig, da die Abklingzeit den wechselnden Amplituden der Eingrößeren Amplituden der Eingangssignale nicht mehr gangssignale anpaßt und auch während des Überoriginalgetreu auf dem Bildschirm aufgezeichnet gangs von einem hohen Eingangssignal zu einem niedweiden. ao rigeren oder umgekehrt stabil verstärkt.

Um eine solche Übersteuerung der Transistoren zu Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen

verhindern, ist es insbesondere für Netzfrequenzver- der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik stärker bekannt, den Verstärkereingang in der Weise an Hand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in Abhängigkeit vom Verstärkerausgangsstrom und/ F i g. 1 und 2 Schaltbilder bekannter zwei- und

oder der Ausgangsspannung zu steuern, daß bei einem »5 dreistufiger Gegentakt-Verstärkerschaltungen, zu starken Anstieg des Ausgangsstroms bzw. der F i g. 3 ein Schaltbild einer beispielhaften Ausfüh-

Ausgangsspannung der Verstärkereingang gesperrt rungsform einer Gegentakt-Verstärkerschaltung mit wird, um eine Übersteuerung des Verstärkers zu ver- den Merkmalen der Erfindung, hindern. Es ist außerdem auch bekannt, das Ein- Fig.4 eine graphische Darstellung der Arbeitsgangssignal in Abhängigkeit des Ausgangsstroms bzw. 30 punkte der in der Schaltung gemäß F i g. 3 verwendeder Ausgangsspannung durch eise variable Dämp- ten Transistoren,

rung zu verkleinern. Bei vollständiger Sperruuj des F i g. 5 ein Schaltbild einer abgewandelten Ausfüh-

Verstärkereingangs werden die Eingangssignale mit rungsform der Erfindung und

hoher Amplitude überhaupt niicbit verstärkt, so daß Fig. 6, 7, 8, 9 und iO Schaltbilder weiter abge-

sie z. B. auf dem OszUlographeinbUdschirm nicht dar- 35 wandelter Ausführungsformen der Erfindung, gestellt werden. Die Schaltung, die mit einer Verklei- F i g. 1 zeigt ein Schaltbild einer herkömmlichen

nerung der Eingangssignale sirbeitet, gibt nur bei zweistufigen Gegentakt-Verstärkerschaltung mit einer niedrigen Frequenzen die Eingangssignale original- ersten Stufe A, die pnp-Transistoren Tl und T 2 aufgetreu wieder, so daß sie als Verstärkerschaltung für weist. Die Emitter dieser Transistoren sind über einen Breitbandoszillographen nicht ^geeignet ist. 40 Widerstand R 1 zusammengeschaltet. Parallel zum

Weitere nach dem Stand der Technik bekannte Widerstand R 1 liegt eine Serienschaltung aus Widermehrstufige Gegentakt-Verstärkerschaltungen, von ständen R 2 und R 3, deren Verzweigung an eine denen die Erfindung ausgeht, sind in den F i g. 1 negative Stromquelle V — angeschlossen ist. Weiterund 2 dargestellt und später im einzelnen erläutert. hin sind die KoUektoren der Transistoren T1 und T 2

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine 45 über in Reihe geschaltete Lastwiderstände R 4 und

erstärkerschaltung, insbesondere für ^λ ertikalablen- R 5 miteinander verbunden, während deren Verzweikung eines Breitbandoszillographcn, 71 schaffen, die gunga über einen Widerstand R 6 an eine positive unabhängig von der Amplitude der Eingangssignale Spannungsquelle V 4 angeschlossen ist. An die Baeine Übersteuerung der verwendeten Transistoren in sis der Transistoren T1 und T 2 sind jeweils eine den Sättigungsbereich verhindert und eine wieder- 50 Eingangsklemme /1 und / 2 angeschlossen. Das Ausgabetreue Verstärkung in einem breiten Frequenz- gangssignal der ersten Stufe A beaufschlagt den Einband ermöglicht. gang einer zweiten Stufe B, bestehend aus zwei npn-

Diese Aufgabe wird bei einer Gegentakt-Verstär- Transistoren Γ 3 und Γ 4, welche in gleicher Weise kerschaltung der eingangs genannten Art erfindungs- geschaltet sind wie die Transistoren der ersten gemäß dadurch gelöst, daß ;tuir Vermeidung einer 55 Stufe A. Die Basis des Transistors T 3 ist mit dem Übersteuerung der Transistoren der Verstärkerschal- Kollektor des Transistors T1 und die Basis des Trantung über die Sättigungsgrenzi: hinaus eine die Vor- sistors T 4 ist mit dem Kollektor des Transistors T 2 spannung zwischen den beiden Ausgängen einer Vor- verbunden, während die Emitter der Transistoren stufe und den Eingängen der nachfolgenden Verstär- T 3 und Γ 4 über in Reihe geschaltete Widerstände kerstufe festlegende Vorspanniungsquelle vorgesehen 60 R 7 und R 8 untereinander verbunden sind. Eine ist, die vom Ausgangssignal einer Komparatorschal- Verzweigung b zwischen den Widerständen R 7 und tung gesteuert ist, die ihrerseils für einen für die R 8 ist über einen Widerstand R 9 an die negative Größe der Ausgangsspannung und/oder die Sätti- Spannungsquelle F- angeschlossen. Die Kollektoren gungsgrenze charakteristischem Parameter dieser Ver- der Transistoren T 3 und T 4 sind über in Reihe gestärkerstufe gegen einen Bezugswert vergleicht. 65 schaltete Widerstände RIO und RU zusammenge-

Vorteilhafte Ausbildungsfoimen dieser erfindungs- schaltet, und eine Verzweigung c. zwischen diesen gemäßen Gegentakt-Verstärkerschaltung sind in den Widerständen ist über einen Widerstand R12 mit der Unteransprüchen angegeben. positiven Spannungsquelle V+ verbunden. Weiterhin

sind die Kollektoren der Transistoren T 3 und Γ 4 an Gegentakt-Verstärker, dessen Arbeitspunkt auf vor-Ausgangsklemmen 01 und Ol angeschaltet. her erwähnte Weise eingestellt ist, verzerrt wird. Dies Ein über die Eingangsklemmen/1 und Il ange- macht wiederum eine komplizierte Kompensierschallegtes Eingangssignal wird durch die erste Stufet tung erforderlich. Wird eine Vertikal-Ablenkschalder Verstärkerschaltung verstärkt, worauf deren Aus- 5 tung unter Verwendung der Gegentakt-Verstärkergangssignal an die Basis-Elektroden der Transistoren schaltung gemäß F i g. 1 und ohne die Dioden gebil-Γ3 und TA der zweiten Stufe B der Verstärkerschal- det und wird diese Schaltung so ausgelegt, daß ihre tung angelegt wird. Das verstärkte Ausgangssignal einzelnen Stufen ohne Aus- bzw. Übersteuerung zu wird über Ausgangsklemmen Ol und Ol geliefert. arbeiten vermögen, auch wenn ein Signal angelegt Wenn eine derartige Gegentakt-Verstärkerschal- io wird, das um ein Mehrfaches größer ist als ein Signal, tung beispielsweise in der Ablenkschaltung eines das eine volle Aussteuerung einer Kathodenstrahl-Oszillographen verwendet wird und wenn die Arbeits- röhre verursacht, so muß der dynamische Bereich der punkte der Transistoren T3 und TA so gewählt sind, letzten Stufe der Vertikal-Ablenkschaltung sehr groß daß sie unter signalfreien Bedingungen der Gleichung gewählt werden. Für diesen Zweck verwendbare Vcel = Vcel = \Vcc genügen, in welcher Vcel 15 Transistoren müssen hohe Durchbruchspannung und und Vcel die Emitter-Kollektor-Spannungen der hohen Kollektorverlust besitzen. Aus diesem Grund Transistoren 7" 3 bzw. TA und Vcc die Spannung zwi- ist es schwierig, Transistoren zur Verwendung bei sehen den Verzweigungen b und c bezeichnen, wer- einem Breitband-Oszillographen herzustellen, den die Kollektorverluste der Transistoren Γ3 und In Fig. 2 ist ein Schaltbild einer herkömmlichen, TA bei Anlegen eines Eingangssignals gleich groß, ao dreistufigen Gegentakt-Verstärkerschaltung veranso daß der Temperaturunterschied beider Transisto- schaulicht, deren Eingangsstufen A und B den beiden ren T3 und TA auf Null reduziert wird. Stufen A bzw. B der Verstärkerschaltung gemäß Wird nun bei obigen Arbeitspunkten ein über- F i g. 1 entsprechen, weshalb die betreffenden Baumäßig großes Eingangssignal an die Stufe B der teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind. Gegentakt-Verstärkerschaltung angelegt, so sperrt »5 Die dritte Stufe Γ weist ebenfalls zwei npn-Traneiner der Transistoren Γ 3 oder 74 der Verstärker- sistoren TS und Γ 6 auf, deren Basis-Elektroden an schaltungsstufe B, während gleichzeitig der andere die Kollektoren der Transistoren T 3 bzw. T 4 ange-Transistor TA oder Γ3 ausgesteuert bzw. durchge- schlossen und deren Emitter über in Serie geschaltete schaltet wird. Aus diesem Grund braucht die Schal- Widerstände R13 und R14 zusammengeschaltet sind, tung nach dem Abklingen des zu hohen Eingangs- 30 während die Verzweigung d zwischen diesen Widersignals eine gewisse Zeit, bis sie in den Normalzustand ständen über einen Widerstand R15 an die negative zurückkehrt. Spannungsquelle V — angeschlossen ist. Die Kollek-Schaltet man zwei zueinander entgegengesetzt ge- toren der Transistoren Γ5 und 7"6 sind über in Reihe polte Dioden Dl und Dl parallel über die Basis- geschaltete Widerstände Λ16 und R17 zusammen-Elektroden der npn-Transistoren Γ3 und TA, wie 35 geschaltet, deren Verzweigunge über einen Widerdies in F i g. 1 gestrichelt eingezeichnet ist, und wird stand R18 mit der positiven Spannungsquelle V + eine derartige verbesserte Gegentakt-Verstärkerschal- verbunden ist. Die Kollektoren der Transistoren Γ 5 tung beispielsweise in einer Vertikal-Ablenkschaltung und 7" 6 sind mit den Ausgangsklemmen 01 bzw. Ol verwendet, so ist es möglich, die Transistoren der verbunden.

nachgeschalteten Stufe an einer Aussteuerung zu hin- 40 Die zweite Stufe B und die dritte Stufe C arbeiten

dem. Wird jedoch diese Verstärkerschaltung für ein wie folgt zusammen:

Breitband-Synchrcskop verwendet, so nimmt ihre Wenn der Arbeitspunkt so gewählt wird, daß er Lastimpedanz beim Durchschalten der Diode D1 unter signalfreien Bedingungen den Gleichungen oder Dl ab, wodurch die Arbeitsweise der Verstär- _{Vcel β Vce2>iVcc und VceS} = _{Vce6 = w}>_cc kerschaltung instabil wird. Außerdem wird es hierbei 45 ^{2 z} schwierig sein, eine zufriedenstellende Amplituden- genügt, wobei VceS und Vce6 die Emitter-Kollektorbegrenzung zu gewährleisten. Spannungen der Transistoren Γ5 bzw. Γ 6 und V'cc Wird der Arbeitspunkt derart gewählt, daß er die die Spannung zwischen den Verzweigungen d und e Bedingung Vcel = Vcel>VtVcc erfüllt, ohne Di- bedeuten, so erfahren die Transistoren Γ 3 und TA öden zu verwenden, so sperrt einer der Transistoren 5o kerne Aussteuerung, auch wenn em übermäßig großes Γ3 oder TA, bevor der andere Transistor TA oder Eingangssignal angelegt wird. Außerdem verhindert Γ3 ausgesteuert ist, so daß die Verstärkerschaltung ^die Begrenzungswirkung der Transistoren Γ3 und TA als Gegentakt-Strom-Verstärkerschaltung arbeitet, ^eme Aussteuerung bzw. ein Durchschalten der Tranwobei es unmöglich wird, eine zufriedenstellende sistoren Γ5 und Γ6.

Amplituden-Begrenzung für das zu große Eingangs- 55 Um jedoch die Transistoren Γ3 oder TA zwangs-

signal zu gewährleisten. ^laufi8 «Ρ⁶™" ^{ra Iassen}' ¹^⁰¹" ^Λε Transistoren Γ5

Wenn der Arbeitspunkt derart eingestellt wird and Γ 6 ausgesteuert werden, nmB der Arbeitsstrom

und wenn beim Anlegen des Eingangs?'gnals die KoI- ^der Transistoren Γ3 und TA reduziert werden. Bei

Iektorveriuste der npn-Transistoren Γ3 und TA einem Breitband-Synchroskop werden Hochfrequenzunterschiedlich sind, wird eine Temperaturdifferenz 60 Transistoren als Transistoren Tl bis Γ6 verwendet

zwischen diesen beiden Transistoren hervorgerufen ^{Da a3x}^ die Abschalttreqnenz eines Transistors mit

and entsteht ein Spannungsunterschied zwischen seinem Arbeitsstrom in Beziehung steht, können die

Emitter und Basis jedes Transistors, dessen Wirkung Transistoren Γ3 und TA πώ niedriger Abschaltfre-

einer Änderung der Eingangsspannung entspricht quenz betrieben werden, wenn sie mit niedrigem Die Temperatnrändenmg der Transistoren tritt mit 65 Arbeitsstrom betrieben werden,

einer bestimmten Zeitkonstante auf, so daß beim An- Wenn andere-seits der Arbeitspunkt so eingestellt

legen einer Rechteckwelle als Eingangssignal deren ^mTd^ ^{daß er die} Bedingung

Kurvenverlauf bei einem Oszillographen mit einem Vcel — Vcel>\Vcc and VceS — Vce6>£V'cc

erfüllt, so werden die Transistoren 73 bis 76 nicht durchgeschaltet und wird es möglich, einen Arbeitsstrom bei hoher Abschaltfrequenz zu wählen. Die Stufen B und C erzeugen jedoch wegen der thermischen Differenz eine Verzerrung des Signalverlaufs, weshalb eine äußerst komplizierte Schaltung zur Kompensation dieser Verzerrung verwendet werden muß. Da zudem die Eigenschaften der Transistoren und Bauteile der Kompensationsschaltung einander Wenn jedoch der Komparator Λ C ein zu hohes, einen vorbestimmten Wert übersteigendes Ausgangssignal der zweiten Stufe B feststellt, wird er wirksam und vermindert das Ausgangssignal der VorspannungsquelleD um mehrere Volt unter den Normalwert, der erzeugt wird, wenn die Amplitude des Ausgangssignals der zweiten Stufe B kleiner als dieser vorbestimmte Wert ist. Infolgedessen wird die an die Ausgangsseite der ersten Stufe Λ oder an die Ein-

nicht identisch sind, wird es unmöglich, eine perfekte io gangsseite der zweiten Stufe B angelegte Vorspan-Kompensation mittels einer Kompensationsschaltung nung reduziert, so daß sich die Spannung zwischen b mit festen Konstanten zu gewährleisten. und c erhöht. Diese Erniedrigung der Vorspannung

Diese Nachteile der bekannten Gegentakt-Verstär- bewirkt ein Abnehmen des Kollektorstroms der Trankerschaltungen werden durch die erfindungsgemäßen sistorenT3 und 74, demzufolge ein Abnehmen des Schaltungsanordnungen beseitigt, von denen im fol- 15 Spannungsabfalls im gemeinsamen Kollektorwiderstand und somit ein Ansteigen der Spannung Vcc von dem Wert Feel auf den WertVcc2, wie Fig.4 zeigt, in der I₁. der Kollektorstrom und l_B den Basisstrom der Transistoren bedeuten. Dieser Anstieg der

Stufen A bzw. B der Anordnung gemäß F i g. 1. Zu- 20 Spannung Fcc bzw. die Erniedrigung der Vorspansätzlich sind jedoch noch ein Amplituden-Kompara- nung bewirken aber auch, daß die Basis-Einströmung

an

genden einige bevorzugte Ausführungsformen Hand der Zeichnungen näher erläutert sind.

Bei der in F i g. 3 dargestellten Ausführungsform entsprechen die beiden ersten Stufen A und B den

tor A C, dessen Eingangsklemmen / 3 und /4 an die Ausgangsklemmen OX und Ol der Stufe B angeschlossen sind, und eine Vorspannungsquelle D vorgesehen, deren eine Eingangs- bzw. Spannungsregel- ^a5 klemme /5 mit einer Ausgangsklemme O 3 des Komparators AC und deren Ausgangsklemme OA mit der Verzweigung α zwischen den Lastwiderständen R 4 und R 5 an der Ausgangsseite der Stufe A verbunden sind.

Die Arbeitspunkte der npn-Transistoren T 3 und 74 sind so eingestellt, daß sie unter signalfreien Bedingungen die Gleichung

Vcel = Vcel = \Vcc

erfüllen, in welcher die Symbole Feel, Vcel und Vcc die bereits erwähnte Bedeutung besitzen.

Wenn an die Eingangsklemmen /1 und 11 der ersten Stufe A ein Eingangssignal angelegt wird, dann arbeitet die zweite Stufe B wie im Fall von F i g. 1 als herkömmliche Gegenlakt-Verstärkerschaltung, so I_B von dem Wert/_Bl des Arbeitspunktes P auf den Wert Ig ₂ des Arbeilspunktes Q absinkt.

Da sich der Punkt Q rechts vom Punkt P der den Neigungswinkel

Θ= tan

oder RT + R19

-(tan——-Γ

\ RS + RU)

besitzenden Kennlinie befindet, auch wenn das Eingangssignal der zweiten Stufe B weiter ansteigt, wird einer der Transistoren 73 oder 74 gesperrt, bevor der andere Transistor 74 oder 73 ausgesteuert wird bzw. durchschaltet. Unter diesen Bedingungen wird die Impedanz der an den Kollektor des nicht gesperrten Transistors angeschlossenen Schaltung erhöht, um den Verstärkungsgrad der zweiten Stufe B zu verringern, so daß selbst bei einer weiteren Erhöhung des Eingangssignals nur das Ausgangssignal kleiner Amplitude an die nachgeschaltete Stufe angelegt wer-

lange das Ausgangssignal der ersten Stufet klein ist und liefert über die Ausgangsklemmen Ol und Ol ein Ausgangssignal an die nachgeschaltete Stufe. Unter diesen Bedingungen arbeitet die Vorspannungs- 45 den würde.

quelle D als herkömmliche Spannungsquelle konstan- Obgleich bei dieser Ausführungsform (F i g. 3) das

Ausgangssignal der Vorspannungsquelle D an den Verzweigungspunkt α zwischen den Widerständen R 4 und R 5 angelegt wird, der an die Ausgangsseite der vorgeschalteten Verstärkerstufe A angeschlossen ist, ist zu beachten, daß es ebenso möglich ist, das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle D gemäß F i g. 8 unmittelbar an die Eingangsseite der Gegentakt-Verstärkerschaltung anzulegen. Bei dieser Aus-

der Vorspaanungsquelle D mit Fce2"bezeichnet wird" 55 führungsform büden die zwischen die Basis-Elektrodann liegt der Arbeitspunkt des Transistors 73 oder den der Transistoren 73 und 74 geschalteten Serienwiderstande R 31 und J? 32 einen Vorspannungswiderstand und wird das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle D einer Verzweigung α zwischen die-6o sen Widerständen aufgeprägt Die übrige Schaltern] entspricht derjenigen gemäß F i g. 1.

Anstatt dea Arbeitspunkt des Transistors in Abhängigkeit von der Arbeitsweise des Amplituden-Komparator/4 C nach rechts vom Mittelpunkt P de; Kennlinie zu verschieben, ist es auch möglich, ihn zn; Steuerung der Vorspannungsquelle D nach links zi verschieben.
F i g. 9 zeigt die entsprechende Ausführungsform

509529/36

ter Spannung und legt eine positive Vorspannung an die Ausgangsseite der Stufe A an.

Wenn sich jedoch das Ausgangssignal der ersten Stufe A erhöht, ergibt sich folgender Vorgang:

Wenn die Spannung Vcc zwischen den Verzweigungen b und c vor dem Betrieb des Amplitudenkomparators/4C mit Feel und diejenige nach Betrieb des Komparators/lC zur Variierung der Spannung

74 während eines Intervalls, in welchem das Ausgangssignal der zweiten Stufe B kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, auf dem Mittelpunkt P einer Kennlinie, die gemäß F i g. 4 einen Neigungswinkel

besitzt.

Rl

β Η tan

RS+ RU

i-t

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9 10

bei welcher Transistoren 79 bis 711, Widerstände rung der darin enthaltenen Transistoren zu ver-

Ji 34 bis Ä40 und Dioden D 3 und D 4 vorgesehen hindern.

•ind. Bei dieser Schaltung wird ein Ausgangssignal Bei der abgewandelten Ausführungsform gemäß einer Verzweigung/zwischen den einander entgegen- Fig.5 ist die Erfindung in bezug auf die dreistufige gesetzt geschalteten Dioden D 3 und D 4 an die Basis 5 Verstärkerschaltung gemäß F i g. 2 dargestellt. Bei des Transistors 79 eines Differentialverstärkers ange- dieser Ausführungsform weist die Vorspannungsiegt. Der Basiseingang des Transistors 79 wird mit quelle D zwei pnp-Transistoren 77 und 78 sowie der an die Basis des Transistors 710 angelegten Be- einen npn-Transistor 79 auf. Die Emitter der Tranzugsspannung verglichen, und wenn diese größer ist sistoren77 und 7 8 sind direkt zusammengeschaltet als das Basis-Eingangssignal des Transistors 79, wird io und über einen Widerstand iR 23 an die positive Spandas Basiseingangssignal des Transistors 711 ernied- nungsquelle V+ angeschlossen. Der Kollektor des rigt, um die Spannung an der Verzweigung b anstei- Transistors 78 ist geerdet, und die Basis des Transi- gen zu lassen. Bei dieser Ausführungsform waist der stors 78 ist an die Verzweigung/ zwischen Wider-Amplituden-Komparator AC Dioden D 3 und D 4, ständen R19 und R 20 angeschaltet, welche in Reihe Transistoren 79 und 710, welche einen emitterseitig 15 zwischen die positive Spannungsquelle V+ und gekoppelten Differentialverstärker darstellen, sowie Masse eingeschaltet sind. Die Basis des Transistors Widerstände auf, während die Vorspannung »quelle D 77 ist an die Verzweigung d zwischen den Emittereinen Transistor 11 zur Steuerung der Vorspannung Rückkopplungs-Widerständen R13 und RU der des Gegentakt-Verstärkers aufweist. Transistoren 75 und 76 der dritten Stufe C ange-

Selbstverständlich können auch andere Transisto- ao schlossen. Der Kollektor des Transistors 77 ist über

ren, die nicht vom npn-Typ sind, verwendet: werden. einen Widerstand R 21 geerdet und außerdem an die

Weiterhin ist zu beachten, daß es auch möglich ist, Spannungsquelle V+ angeschlossen. Die Basis des

die Amplitudenkomponente nicht mittels des Ampli- npn-Transistors 79 ist an den Kollektor des Transi-

tuden-Komparators A C zwischen den Ausgangsklem- stors 77 angeschlossen, während der Emitter des

men Oi und Ol der Verstärker-Stufe B zu erfassen, »5 Transistors79 mit der Verzweigung« zwischen den

sondern die Aniplitudenkomponente an einem belie- Widerständen R4 und R 5 der ersten Stufe verbunden

bigen Punkt an der Ausgangsseite der Gegentakt- ist, so daß eine Vorspannung an den Kollektoren der

Verstärkerschaltung festzustellen, wobei ein vom Ein- Transistoren 71 und 72 und pn den Basis-Elfiktro-

gangssignal des Verstärkers abhängiges, variables Si- den der Transistoren 73 und 74 der zweiten Stufe B

gnal erhalten werden kann. 30 anliegt. Der Kollektor des Transistors 79 ist mit der

Außerdem ist zu beachten, daß es natürlich auch positiven Spannungsquelle V \- verbunden,

möglich ist, das Signal für den Amplituden-Kompa- Unter signalfreien Bedingungen sind die Arbeits-

rator/4C nicht an der Ausgan^seite der Verstärker- punkte der npn-Transistoren 73 bis 76 so eingestellt,

Stufe B abzunehmen, sondern das Eingangssignal der daß sie den Gleichungen

Stufe B dem Amplituden-Komparator unmittelbar 35 V \ — V 1 — XV ·

einzuspeisen. Ein Beispiel einer solchen Schaltung ist . eel — ce2 — ₂ Vcc

in Fig. 10 dargestellt, wobei Spannungsschwankun- _v

gen an der Basis der Transistoren 73 und 74 durch ^ce5 " ^Kc"^e6> 2 ^ ^cc

den Amplituden-Komparator AC bildende Transisto- genügen. In diesem Fall wird das Potential am Punkt /

ren 712 bzw. 7J3 festgestellt werden. Die Emitter 40 etwas höher gewählt als das Potential am Punkt d, so

dieser Transistoren 712 und 713 sind gemeinsam an daß bei durchgeschaltetem Transistor 78 der Transi-

eme Spannungsquelie S angeschlossen. Eine Parallel- stör 79 sperrt. Dementsprechend wird das Potential

schaltung aus in Reihe geschalteten Widerständen des Punkts g durch den Wert der Widerstände Λ 21

R 42 und R 43 sowie in Serie und einander entgegen- und R11 und den Wert des Kollektorstroms des

gesetzt geschalteten Dioden D 5 und D 6 isi: über die 45 Transistors 77 bestimmt, wobei das Potential des

Kollektoren der Transistoren 712 und 713 geschal- Punkts α um etwa 0,7 V niedriger ist als dasjenige des

tet. Das an der Verzweigung dieser Dioden D S und Punkts g. Unter diesen Bedingungen wird die Glei-

D 6 liegende Signal wird an die Vorspannungsquelle D chung

angelegt, worauf deren Ausgangssignal über die Basis 1 — 1/ ? — 11/

jedes Transistors 73 und 74 an die Verzweigung 50 Vce\ — Vcel — \vcc

zwischen den Widerständen R 44 und R 45 angeschal- erfüllt,

tet wird. Wenn ein Eingangssignal an die Eingangsklemmen

Bei dieser abgewandelten Ausführungsform kann der ersten Stufe A angelegt wird wirken die zweite

die Amplitude begrenzt werden, wenn ein zu großes Stufe B und die dritte Stufe C als herkömmliche Eingangssignal angelegt wird. Mithin ist e:; ,nöglich, 55 Gegentakt-Verstärkerschaltungen und liefern an den

das Anlegen eines großen Eingangssignals an die Ausgangsklemmen Oi und Ol ein Ausgangssignal

nachgeschaltete Stufe zu verhindern, so daß deren an die nachgeschaltete Stufe, solange das Ausgaags-

dynamischer Bereich verkleinert wird. signal der ersten Stufe A klein ist

Wenn die erfindungsgemäße Gegentakt-Verstärker- Wenn dagegen das Ausgangssignal der ersten schaltung als Vertikal-Ablenkschaltung eines Oszillo- 60 Stufe A groß ist, geschieht folgendes: Mit zuneh-

graphen angewandt wird, kann die Kathodenstrahl- mender Größe des Eingangssignals wird entweder

röhre ohne Verzerrung der Signalform, wie etwa der Transistor 75 oder der Transistor 76 gesperrt

Dachschräge, betrieben werden, auch wenn der Obgleich das Potential des Punkts d bei durch-

Leucntfleck auf eine Stelle außerhalb des Bildschirms geschalteten Transistoren 75 und 76 auf einem be- der Katodenstrahlröhre abgelenkt wird. Im Fall 65 stimmten Wert gehalten wird nimmt das Potential

eines derartigen großen Eingangssignals ist es zudem des Punkts d mit zunehmendem Eingangssignal zu,

möglich, das Ausgangssignal zur nachgeschalteten wenn der Transistor 75 oder 76 gesperrt wird. Über-

Stofe zu begrenzen und auf diese Weise die Aussteue- steigt das Potential d;s Punkts d das Potential des

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11 12

Punkts/, so sperrt der Transiistor Γ7, während der allel zur Serienschaltung der DiodenD1 und D2 und

Transistor Γ 8 durchschaltet, «o daß die Potentiale der Widerstände R13 und R14 geschaltet, wobei die

der Punkte g und α vermindert werden. Wenn das Verzweigung zwischen den Widerständen R 25 und

Potential des Punkts α weiter abnimmt, verringern Λ 26 an die Spannungsquelle F — angeschlossen ist.

sich die Basis-Potentiale der Transistoren T3 und 5 Die Verzweigung d zwischen den Widerständen R13

7 4, so daß sich die Spannung Vcc erhöht. Wenn det und R14 ist in gleicher Weise, wie in F i g. 5 gezeigt,

Wert des Widerstands R 9 ausreichend hoch gewählt mit der Basis des Transistors Γ7 und auch mit der

wird, um eine Schaltung konstanten Stroms zu bilden, Spannungsquelle V — verbunden. Die Basis der Tran-

so variieren die Kollektorströrne der Transistoren Γ 3 sistoren Γ S und 76 irt jeweils mit den Kollektoren

und Γ 4 nicht in nennenswertein Maß. io der Transistoren Γ 3 und T 4 der zweiten Stufe B ver-

Die Arbeitsweise derVorspiuiiraungsquelleD gemäß bunden.

Fig. 5 entspricht derjenigen der Vorspannungs- Während bei der Gegentakt-Verstärkerschaltung quelle gemäß F i g. 3. Genauer gesagt, befindet sich gemäß F i g. 5 der Arbeitspunkt des Transistors so der Arbeitspunkt des Transistors T3 oder T4 auf eingestellt ist, daß er die Bedingung Fee 5 = V eel dem Mittelpunkt P der Kennlinie gemäß F i g. 4, 15 > Va Vcc erfüllt, um die Aussteuerung der Transiwenn der Transistor Γ7 auf vorher beschriebene stören Γ5 und 76 zu verhindern, ist der Arbeits-Weise durchgeschaltet wird. Wenn der Transistor Γ 7 punkt der abgewandelten Schaltung gemäß Fig.6 jedoch sperrt, verschiebt sich der Arbeitspunkt des so eingestellt, daß er die Bedingung VceS = Fee 6 Transistors Γ3 oder Γ4 auf ilen Punkt Q. Da dieser = ¹U Vcc erfüllt. Bei Erhöhung des Eingangssignals sich rechts vom Mittelpunkt ft einer breiten Kurve ao der Transistoren T 5 und 7 6 wird dann die Diode Dl befindet, die unter einem Neigungswinkel von oder D 2 gesperrt, so daß die Transistoren 7 5 und

( 76 unwirksam gemacht werden, nicht als Gegentakt-

tan - I Verstärkerschaltung arbeiten und der Verstärkungs-

Rl + RIl) gi'ad stark herabgesetzt wird. Infolgedessen werden

oder 25 die Transistoren T 5 und 76 daran gehindert, durch-

_/ 1 \~ⁱ zuschalten. In diesem Fall ist es möglich, die Vor-

Θ — I tan _Äg + Rn) Spannungsquelle D durch das Potential der Verzweigung d anzusteuern, um die Aussteuerung der Transi-

durch den Punkt Q verläuft wird ein Zustand Vce stören 7 3 und 74 der zweiten bzw. vorgeschalteten = ¹/2V'cc2 hergestellt, wobei Vce die Emitter-Kol- 3° Stufe B zu verhindern. Bei der abgewandelten Gegenlektor-Spannung des Transistors und Vcc2 den Wert takt-Verstärkerschaltung gemäß Fig.7, die als Ervon Vcc bei sperrendem Transistor Γ7 bedeuten, der satz für die dritte StufeC gemäß Fig.5 vorgesehen bewirkt, daß der Transistor Γ3 oder Γ4 gesperrt ist, sind die Emitter der Transistoren 75 und 76 an wird, bevor der andere Transistor 7 4 oder 73 aus- einem Punkt d unmittelbar zusammengeschaltet, welgesteuert wird, so daß beide Transistoren ohne Aus- 35 eher auf dieselbe Weise wie bei der Ausführungsform steuerung bzw. Sättigung arbeiten können. gemäß Fig. 5 mit der Basis des Transistors Γ 7 verWenn die Gegentakt-Verstärkerschaltung gemäß bunden ist. Diese abgewandelte Ausführungsform er-F ig. 5 bei einer Vertikal - Ablenkschaltung eines möglicht die Steuerung der Vorspannungsquelle D Oszillographen angewandt wird und wenn die Schal- entsprechend dem an der Verzweigung d liegenden tung so eingestellt ist, daß der Transistor 75 oder T6 4° Potential. Im übrigen arbeitet die Schaltung nach zum Sperren gebracht wird, nachdem der Leuchtfleck F i g. 7 in gleicher Weise wie die Ausführungsform zur Außenseite des Bildschirms der Röhre gelangt gemäß F i g. 6.

ist, wird für ein Signal, weiches den Leuchtflcck Es ist m beachten, daß es auch möglich ist, die innerhalb des Bildschirmumrisses hält, die Bedin- Eingangsseite der Vorspannungsquelle mit der Vergung Vcel = V eel — ^xltVcc\ hergestellt, wobei 45 zweigung e zwischen den Kollektor-Lastwiderständen Feel den Wert von Vcc bei durchgeschaltetem Tran- R 16und R17 der Transistoren 75 und 76 zu versistor 77 bedeutet. Aus diesem Grund wird eine Ver- binden, anstatt die Eingangsseite der Vorspannungszerrung der Wellenform nur durch die dritte Stufe C quelle mit dem Punkt d zwischen den Emittern der verursacht, die jedoch leicht kompensiert werden Transistoren T 5 und T 6 der dritten Stufe zu verkann. 50 binden.

Anstatt das Potential des. Punkts/ zur Steuerung Um wiederum ein Durchschalten bzw. die Sätti-

der der Eingangsseite der zweiten Stufe aufgeprägten gung der Transistoren Γ3 und Γ4 der zweiten Stufe

Vorspannung zu benutzen, kann auch das Potential zu verhindern, ist es auch möglich, den Arbeitspunkt

des Punkts e benutzt werden, da dieses Potential bei des Transistors so zu verschieben, daß die Kollektor-

durchgeschalteten Transistc»:renT5 und T6 auf kon- 55 ströme der Transistoren Γ3 und Γ4 reduziert wer-

stantem Wert gehalten wird und abzufallen beginnt, den, anstatt den Arbeitspunkt des Transistors gegen-

wenn einer der Transistoren TS oder Γ6 sperr;. über dem Mittelpunkt/? auf der Kennlinie nach

Die dritte Stufe gemäß Fig.5 kann durch die rechts zu verschieben.

VerstärkerschaltungC gemäß Fig.6 oder 7 ersetzt Obgleich beim vorstehenden Ausführungsbeispiel

werden. 60 die zweite Stufe S und die dritte Stufe C in Kaskade

Bei der in Fig.6 dargestellten Verstärkerschal- geschaltet sind, ist zu beachten, daß die Erfindung

rung ist die Anode einer Diode Dl an den Emitter nicht auf diese Schaltungsart beschränkt ist, sondern

eines Transistors Γ 5 und die Kathode der Diode Dl vielmehr auf jede Gegentakt-Verstärkerschaltung mit

an das eine Ende des Widerstands R13 angeschlos- zwei oder mehr in Kaskade geschalteten Stufen an-

sen, während eine zweite Diode D2 in ähnlicher 65 wendbar ist

Weise zwischen den Emitter des Transistors 76 und Aus der vorangehenden Beschreibung ist ersicht-

den Widerstand R14 geschaltet ist Eine Reihen- lieh, daß die Erfindung eine neuartige Gegentakt-

schaltung aus Widerständen R 25 und R 26 ist par- Verstärkerschaltung schafft, welche die Amplitude zu

begrenzen oder ein Durchschalten der Transistoren zu verhindern vermag, so daß ein zu großes Eingangssignal nicht an die nachgeschaltete Stufe angelegt wird. Bei Anwendung der Erfindung auf die Vertikal-Ablenksthaltung dnes Oszillographen vermag die erfindungsgemäße Gegentakt-Verstärkerschaltung das Signal mit hoher Wiedergabetreue auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre zu reproduzieren.

Obgleich die Erfindung vorstehend in bevorzugten Ausführungsformen und in Verbindung mit bevorzugten Anwendungsgebieten dargestellt und beschrieben ist, ist sie keineswegs hierauf beschränkt,

da dem FacSmann innerhalb des Rah&ens und des Grundgedankens der Erfindung zahlreiche Änderungen und Abwandlungen offensichtlich sind.

Zusammenfassend schafft die Erfindung mithin eine ein- oder mehrstufige Gegentakt-Verstärkerschaltung, bei welcher jede Stufe zwei mit zwei Eingangsklemmen verbundene Transistoren aufweist, wobei eine Vorspannungsquelle vorgesehen ist, deren Eingangsseite direkt oder über einen Amplituden-Komparator an den Ausgang des Gegentakt-Verstärkers angeschlossen ist, während die Ausgangsseite der Vorspannungsquel|e an den Eingang des Gegentakt-Verstärkers angeschlossen ist

Hierzu 8 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Gegentakt-Verstärkerschaltung mit mindezwei in Kaskade verbundenen Vfirstärker-

stufea, die jeweils zwei Transistoren aufweisen, bei denen sowohl die Emitter als auch die Kollektoren über in Reihe geschaltete Widerstände miteinander verbunden sind, wobei den Verbindungspunkten der Widerstände die Speisespannung über je einen weiteren Widerstand zugeführt wird, Losbesondere als Vertikalablenkschaltung für Breitbandoszillographen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung einer Übersteuerung der Transistoren (Γ3, Γ 4 bzw. TS, T 6) der Verstärkerschaltung über die Sättigungsgrenze »5 hinaus eine die Vorspannung zwischen den beiden Ausgängen einer Vorstufe und den Eingängen der nachfolgenden Verstärkerstufe festlegende Vorspannungsquelle (D) vorgesehen ist, die vom Ausgangssignal einer Komparatorschaltung (AC) ge- »° steuert ist, die ihrerseits einen für die Größe der Ausgangsspannung und/oder die Sättigungsgrenze charakteristischen Parameter dieser Verstärkerstufe gegen einen Bezugswert vergleicht.

2. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, da- »5 durch gekennzeichnet, daß die Transistoren vom npn-Typ sind und mit ihren Basis-Elektroden an die Eingänge und mit ihren Kollektoren an die Ausgänge der jeweiligen Verstärkerstufe angeschlossen sind, daß die Eingänge des !Comparators an die Ausgänge dieser Verstärkerstufe angeschlossen sind und daß der Ausgang der Vorspannungsquelle an die Basis-Elektroden der Transistoren angekoppelt ist.

3. Verstärkerschaltung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß bei Anstieg des Ausgangssignals über einen vorbestimmten Wert der Komparator das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle verkleinert und die Arbeitspunkte der Transistoren dabei derart ändert, daß einer der Transistoren gesperrt wird, bevor der andere Transistor in die Sättigung kommt.

4. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Komparator an die Eingänge der betreffenden Verstärkerstufe angeschlossen sind (F i g. 10).

5. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der Vorspannungsquelle über die Eingänge der Verstärkerstufe an den Verbindungspunkt der in Reihe geschalteten Widerstände angelegt wird.

6. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsseite der betreffenden Verstärkerstufe zwei Ausgänge aufweist, daß der Komparator in Serie und entgegengesetzt zueinander geschaltete Dioden aufweist, welche zwischen diese Ausgänge geschaltet sind, und daß der Komparator die Spannungsänderungen an dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden gegen eine Bezugsspannung vergleicht (F ig. 9).

7. Verstärkerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator ein Differenzverstärker mit zwei emitterseitig gekoppelten Transistoren ist, dessen einer Eingang an den Verbindungspunkt zwischen den Dioden und dessen anderer Eingang an die Bezugsspannungsquelle angeschlossen ist.

8. Verstärkerschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Transistors, dessen Eingangsklemme an den Verbindungspunkt zwischen den Dioden angeschlossen ist, über einen Transistor an die Eingangsseite der betreffenden Verstärkerstufe zur Steuerung der Vorspannung dieser Stufe angelegt ist

9. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komparator zwei jeweils an die Eingänge der betreffenden Verstärkerstufe angeschlossene Transistoren sowie eine Einrichtung zur Feststellung von Spannungsänderungen der Ausgangssignale dieser Transistoren aufweist und daß die Vorspannungsquelle mit dem Ausgangssignal der letztgenannten Einrichtung gespeist wird und ihr Ausgangssignal über die Eingänge der Verstärkerstufe an den Verbindungspunkt zwischen den in Reihe geschalteten Widerständen anliegt (F i g. 10).

10. Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle unmittelbar zwischen die Ausgänge der betreffenden Verstärkerstufe und der vorgeschalteten Stufe eingeschaltet ist und die Einrichtung zur Steuerung der Vorspannung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der betreffenden Stufe einschließt.

11. Verstärkerschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorspannungsquelle einen pnp-Transistor und einen npn-Transistor aufweist, daß die Basis des pnp-Transistors an die Emitter der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe angeschlossen ist, daß der Kollektor des pnp-Transistors mit der Basis des npn-Transistors der Vorspannungsquelle verbunden ist und daß der Emitter des npn-Transistors der Vorspannungsquelle an die Basis-Elektroden der Transistoren der vorgeschalteten Stufe angeschlossen ist.

12. Verstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors der Vorspannungsquelle mit den Emittern der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe über die in Serie zwischen die Emitter geschalteten Widerstände verbunden ist.

13. Verstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors mit den Emittern der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe über Dioden und Widerstände verbunden ist, welche zwischen den Emittern in Reihe geschaltet sind.

14. Verstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors direkt an die Emitter der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe angeschlossen ist.

15. Verstärkerschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des pnp-Transistors über einen Widerstand mit den Kollektoren der Transistoren der betreffenden Verstärkerstufe verbunden ist.